Prévention des risques professionnels des rayons laser

Le laser produit et amplifie une onde lumineuse monochromatique, c'est-à-dire d’une seule longue d’ondes, dans l’infrarouge, le visible ou l’ultraviolet : il est utilisé de façon croissante dans différents domaines, comme dans les machines de bureau, dans les établissements hospitaliers, dans les laboratoires, mais aussi dans des secteurs d’activité aussi variés que l’industrie, les arts du spectacle, la défense nationale …

La prévention des risques professionnels des rayons laser

Le laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) produit et amplifie une onde lumineuse monochromatique, c'est-à-dire d’une seule longue d’ondes, dans l’infrarouge, le visible ou l’ultraviolet : il est utilisé de façon croissante dans différents domaines, comme dans les machines de bureau (imprimantes, …), dans les établissements hospitaliers (comme couteaux ou comme sondes, ou encore à des fins d'imagerie), dans les laboratoires pour traiter et tester des matériaux, pour des analyses électriques et de structure, mais aussi dans des secteurs d’activité aussi variés que l’industrie (les lasers infrarouges peuvent être utilisés pour la gravure, la soudure ou la découpe de matériaux) , les arts du spectacle, la défense nationale etc.…
La grande efficacité et la directivité du rayonnement laser (en direct ou en réfléchi) a pour corollaire qu’il peut entraîner des dommages oculaires temporaires ou permanents, liés au faisceau en fonction de sa longueur d’onde, de sa puissance, de son mode continu ou impulsionnel, et de l’exposition dans l’axe du rayonnement.
Des brûlures cutanées plus ou moins profondes peuvent également survenir.
Les mesures de prévention comprennent le confinement du rayonnement laser, l’aménagement des locaux, la définition des zones d’exclusion, la signalisation et les avertissements lumineux et/ou sonores pendant l’émission laser, la protection individuelle de l’œil, la formation à la sécurité laser.

Caractéristiques du rayonnement laser

La lumière est due à une émission de photons causée par le changement d’orbites d’électrons sous l’influence d’une excitation de l’atome, par exemple thermique : cette émission spontanée s’effectue avec un rayonnement incohérent, c'est-à-dire avec un large spectre de longueurs d’ondes et dans toutes les directions.
Mais si un photon est projeté sur un atome convenablement excité par décharge électrique, réaction chimique, éclairs optiques, il peut provoquer l’émission d’un second photon en phase avec le photon incident et à la même fréquence (stimulation par « pompage ») : placé dans une cavité de résonance avec surfaces réfléchissantes, cela permet d’obtenir une lumière cohérente amplifiée, monochromatique, c'est-à-dire d’une seule longueur d’ondes.
Un laser est donc composé d’un milieu actif, solide, gazeux, liquide ou à semi-conducteur (diode), qui détermine la longueur d’onde émise par le laser, d’une source d’excitation, électrique, optique ou chimique, et d’une cavité résonnante qui amplifie l’intensité de la lumière laser à l’aide de miroirs. Les lasers à milieu actif gazeux avec excitation électrique sont les plus communément utilisés. À l’extérieur du laser, des lentilles peuvent être utilisées pour diriger, aligner ou concentrer la lumière selon les besoins.
  • Les émissions laser produisent un faisceau quasiment cylindrique variant du millimètre ou centimètre : les rayons sont parallèles et se propage sur de longues distances en ne divergeant presque pas.
  • La longueur d’ondes peut varier de l’ultraviolet (inférieure à 400 nm), à l’infrarouge (supérieure à 700 nm) (nm, millionième de millimètre), en comprenant toute la lumière visible.
  • La durée d’émission peut être extrêmement brève (microseconde) avec la capacité à transporter un nombre de photons considérable concentré dans un temps très court.
  • L’émission peut être réalisée en impulsions à cadence variable ou en continu.
  • La puissance correspondant à l’énergie transportée peut varier de quelques centaines de microwatts à plusieurs centaines de kilowatts, voire des puissances de crête bien supérieures : les puissances d’utilisation des rayons laser augmentent régulièrement, émettant des puissances au niveau du kilowatt en continu et du térawatt en impulsionnel.
  • Le faisceau peut être concentré spatialement, ce qui se traduit par la focalisation sur de très petites surfaces.

Les situations de travail exposant aux rayons laser

Les rayons laser sont utilisés de façon croissante dans différents domaines :
  • dans les machines de bureau (imprimantes, …) et le matériel audio-vidéo, dans la lecture de codes-barres,
  • dans les établissements hospitaliers, comme couteaux ou comme sondes, ou encore à des fins d'imagerie, en dermatologie, ophtalmologie, chirurgie, photo-lithotritie,…
  • dans les laboratoires pour traiter et tester des matériaux, pour des analyses électriques et de structure (spectroscopie…),
  • dans l’industrie : les lasers infrarouges peuvent être utilisés pour le marquage, la gravure, la soudure ou la découpe de matériaux, car dans ces applications, l’énergie transportée dans le faisceau est concentrée par focalisation sur une surface très petite (disque de quelques µm de diamètre), avec forte élévation de la température par un processus thermique rapide.
  • dans les arts du spectacle (holographie, effets lumineux spéciaux),
  • dans les activités de télémétrie, topographie, métrologie, réglages, détection à distance dans des installations industrielles ou du bâtiment ou sur les chantiers du BTP (alignement d'éléments, interféromètres, barrages immatériels…),
  • dans le domaine militaire.

Les principaux risques des rayons laser

L’exposition aux sources lumineuses des rayons laser puissantes et directives peut entraîner une perte des repères temporels et spatiaux et des troubles visuels.
Au minimum, on note une fatigue visuelle (larmoiements, vision altérée, picotements et rougeurs oculaires…), maux de tête, troubles de l’attention et de la concentration favorisant la survenue d’accidents du travail occasionnés par une perception visuelle dégradée de l'environnement due à un effet d'éblouissement qui est largement supérieur à celui provoqué par le soleil, même pour des puissances assez faibles.
Au pire, les conséquences peuvent être des brûlures et des lésions irréversibles de la rétine (laser visible ou IR proche), de la cornée (laser UV, IR…) voire une perte visuelle définitive, une atteinte du cristallin par expositions répétées ou prolongées (cataracte).
L’effet thermique du rayonnement laser est aussi dangereux pour la peau pouvant aller de la rougeur, à des cloques et jusqu’à des brûlures cutanées, et un risque de cancer pour les lasers UV avec des longueurs d'onde inférieure à 300 nm.

Les risques oculaires des rayons laser
Ils sont différents selon la partie de l’œil concernée et la longueur d'onde du rayonnement laser.
A puissance égale, les lasers émettant dans la gamme visible de longueurs d'onde comprises entre 400 nm et 700 nm sont moins dangereux, puisque la protection de l'œil est assurée par les réflexes de défense naturelle de clignement des paupières (réflexe palpébral), et par la rétractation de l’iris.
Les réflexions sur des surfaces réfléchissantes (vitres, faces polies du mobilier, peintures des murs et plafonds…) ont les mêmes dangers que les rayons directs.

Les rayons laser infrarouges (IR), qui pénètrent profondément dans l’œil, provoquant des lésions endommageant la conjonctive, la cornée, la rétine et le cristallin.
Les lésions de la cornée (kératite) sont dues en particulier à l'exposition aux rayonnements infrarouges courts de longueur d'onde située entre 700 et 2000 nanomètres, de même que les lésions du cristallin (cataracte), et de la rétine :
  • la kératite d'exposition est une inflammation de la cornée provoquant douleur, rougeur et photophobie, souvent associée à une conjonctivite ;
  • la cataracte est une opacité du cristallin entrainant une baisse de vision ;
  • l’atteinte rétinienne correspond à une lésion des cellules photo-réceptrices : la brûlure sur la rétine, crée une perte de la vue localisée et permanente.
Les rayonnements infrarouges moyens et lointains (IRB, IRC) sont susceptibles d’occasionner des brûlures de la cornée. Ces lésions peuvent apparaître en moins d’une seconde d’exposition sans protection, si l’intensité rayonnante est importante.

Les pathologies oculaires des rayons laser ultraviolets (UV), qui pénètrent peu dans l’œil, provoquent des lésions dans la partie antérieure et sont immédiates et douloureuses (photokératite et la photoconjonctivite) ou chroniques et invalidantes (cataracte). Les effets aigus douloureux consécutifs à une exposition aux rayons laser UV peuvent apparaître très rapidement, mais sont réversibles : la photokératite est une l'inflammation de la cornée, la photoconjonctivite est une inflammation de la conjonctive. Les effets chroniques du rayonnement laser UV peuvent favoriser la formation d’une cataracte, opacification du cristallin, entrainant une déficience visuelle.

Les risques cutanés des rayons laser
L’énergie thermique produite par un rayonnement laser peut provoquer des brulures cutanées avec un apport de chaleur intense et très bref qui détruit les cellules : cet effet thermique dépend à la fois de la puissance du laser mais aussi de la longueur d'onde.

Les rayons IR et les rayons visibles sont moins dangereux pour la peau que les rayons UV, car :
  • d’une part, ils sont ressentis par le corps humain sous forme d'échauffement, avec élévation de la température des tissus exposés, avant que ne soit ressenti les effets des UV,
  • d’autre part, ils ont de bien plus grandes longueurs d'onde qui sont sans impact sur les structures cellulaires et ne provoquent donc pas de cancers.
Néanmoins, les rayons infrarouges et visibles agissent par un fort effet thermique : ils pénètrent plus en profondeur la peau que les rayons UV, créent une vasodilatation et transmettent leur énergie calorifique aux tissus du derme, entraînant des brûlures.

Une exposition prolongée aux rayons laser UV entraîne des conséquences dermatologiques immédiates de l’épiderme (apparition d'érythèmes) ou chroniques, qui peuvent provoquer des effets néfastes sur les cellules cutanées, jusqu’à entraîner des mutations cellulaires irréversibles responsables de l’apparition de cancers de la peau.

Les risques électriques des rayons laser
Le fonctionnement du laser nécessite une source électrique pour alimenter les dispositifs de pompage optique ou électrique, souvent à haute tension jusqu’à plusieurs kilovolts. Les risques électriques sont majorés pour ces appareils laser de forte puissance par la présence d’un système de refroidissement à eau.

Les risques chimiques des rayons laser
Le danger peut provenir soit du milieu actif amplifiant le rayonnement laser dans les opérations de maintenance, notamment si c’est un liquide toxique (laser à colorants), soit surtout de fumées irritantes ou toxiques dans les applications de transformation des matériaux : ces fumées, mélangées à de l’air chaud, sont formées, en proportion variable suivant le procédé, de gaz et de poussières et sont analogues aux fumées de soudage qui sont responsables de diverses pathologies respiratoires importantes (dyspnée, hyperactivité bronchique, asthme, broncho-pneumopathies).

Les mesures préventives des risques des rayons laser

La dangerosité des rayons laser implique que les employés soient efficacement protégés contre une exposition excessive au rayonnement laser pendant qu'ils travaillent. La prévention doit être orientée vers la meilleure maîtrise possible des niveaux d'expositions par la mise en œuvre de mesures collectives et individuelles (lunettes de protection) et par la formation à l’utilisation et à la protection laser.
Les ateliers et laboratoires utilisant des appareils laser doivent faire l’objet d’une analyse des risques pour permettre la rédaction du Document Unique de Sécurité en appréciant à la fois l’environnement matériel et technique (outils, machines, produits utilisés) et l’efficacité des moyens de protection existants et de leur utilisation selon les postes de travail.

La classification de la dangerosité des rayons laser
La dangerosité des rayons laser est très variable selon leur caractéristiques (longueur d’onde, puissance, durée d’impulsion…) depuis des sources laser sans danger jusqu’à des sources aux risques oculaires et cutanés gravissimes. C’est pourquoi une classification des lasers a été établie et est normalisée et spécifiée dans la norme NF EN 60825-1 de juillet 1994, qui fournit des informations sur les dangers des lasers, les calculs et les mesures de sécurité laser.
  • Classe 1 : lasers de très faible puissance sans aucun danger dans toutes les conditions d'utilisation normales, sauf dans le cas ou l’utilisateur emploie une optique qui concentre le faisceau, ce qui représente un léger risque. Toutefois, une gêne visuelle est ressentie dans l’axe direct du faisceau.

  • Classe 2 : Lasers de faible puissance émettant un rayonnement visible (longueur d’ondes : 400 nm-700 nm), sans danger significatif, sauf dans le cas ou l’utilisateur emploie une optique qui concentre le faisceau. Cependant, une exposition oculaire prolongée intentionnelle peut entraîner un éblouissement et une vision momentanément altérée.

  • Classe 3 : Lasers de puissance moyenne émettant un rayonnement visible ou dans l’infrarouge ou l’ultraviolet. Pour la lumière visible, une longue exposition ou la vision directe dans le faisceau à l'aide d'instruments optiques (jumelles, télescopes, microscopes…) est dangereuse pour l’œil. Pour la lumière invisible, la vision directe du faisceau est toujours dangereuse. L'exposition momentanée de la peau n'entraîne pas de dommage significatif.

  • Classe 4 : Lasers de forte puissance, pour lesquels la vision directe ou de réflexions diffuses comporte de grands risques oculaires et pour lesquels une exposition cutanée est dangereuse.
Les limites d’exposition aux rayons laser
- La limite d'émission accessible, valeur de puissance que peut émettre le laser accessible à l'utilisateur,
- L’exposition maximale permise, niveau maximal de rayonnement laser auquel on peut être exposé sans subir de dommage immédiat ou différé.
- La distance nominale de risque oculaire, distance de danger au niveau de l’œil du faisceau laser.

Les mesures préventives concernant le matériel
- La conception de l’appareil
La conception des appareils à lasers doit respecter les spécifications techniques de la norme NF EN60825-1 relatives au confinement du rayonnement et aux dispositifs de sécurité : écrans de protection, verrouillage de sécurité, avertisseur d'émission…

Pour les lasers des classes 3 et 4, par exemple ceux d'usinage, des asservissements de la commande du faisceau à une barrière de protection (atténuateurs …), lorsqu’elle est touchée par le rayon laser, l’arrêt d’urgence lorsque celle-ci est franchie par le faisceau, permettent une protection passive et active efficace.

Les fenêtres d’observation doivent être munies de filtres ou d’atténuateurs. Le verrouillage de sécurité peut consister en un obturateur qui interrompt le faisceau lorsque le capot est ouvert ou enlevé ou en une commande à clef.

Les écrans pour rayons laser doivent être conçus pour protéger les parcours des rayonnements dangereux, normaux ou anormaux mais prévisibles : les rayons IR et UV sont facilement absorbés par de nombreux matériaux, de même les rayons visibles. Selon les longueurs d’ondes, on utilise ainsi des matériaux opaques, foncés et à surface mate (aluminium anodisé…), ou des matériaux translucides (verres à vitre ou spéciaux, plastique épais…). On peut utiliser des bloqueurs absorbants et non réfléchissants (piège à lumière ou une mousse diffusante) pour éliminer les réflexions parasites et diffuses.

- L’étiquetage des appareils et la fourniture d'une documentation doivent mentionner les instructions pour le montage, l'entretien et l'utilisation sans danger : caractéristiques et classe de l’appareil laser, règles de sécurité.

Les mesures préventives concernant les locaux
Les locaux où sont mis en œuvre des rayons laser de moyenne ou forte puissance dans lesquels des rayonnements directs et réfléchis potentiellement dangereux sont propagés, doivent avoir des dispositifs de prévention tels que :
  • Signalisation des zones d'émission laser avec des panneaux,
  • Signalisation des zones parcourues par les rayons laser de façon apparente (marquage au sol …),
  • Accès limité aux personnes concernées et formées,
  • Portes et fenêtres non situées dans l'axe d'un faisceau laser,
  • Suppression des causes de réflexion et de diffusion accidentelles de faisceaux laser (peintures et revêtements de sol mats, pas de meubles ou équipements avec des surfaces polies, pas de bijoux, montre…),
  • Bon éclairage pour diminuer la dilatation de la pupille.
  • Écrans ou rideaux pour limiter l’étendue de la zone contrôlée.

Une ventilation des lieux de travail adéquate
La ventilation générale et l’aération des lieux de travail jouent un rôle essentiel pour limiter la concentration de l'ensemble des fumées et vapeurs généré par les procédés au laser et les évacuer de l’air des lieux de travail, de façon à respecter les valeurs limites fixées par les réglementations et éviter ainsi les conséquences sur la santé des travailleurs. De plus, en matière de prévention, les équipements qui consistent à installer localement des capteurs de poussières et de fumées au dessus des appareils laser, complètent une protection collective efficace par une aspiration à la source.
  • La ventilation générale repose sur une extraction et soufflage de l'air avec un système de collecte par des ventilateurs, avant son rejet à l'atmosphère après épuration dans des filtres : l'air est transporté dans le local par un ventilateur de soufflage et extrait du local par un ventilateur d'évacuation. L’extraction de l'air se fait grâce à un système de collecte par ces ventilateurs, des gaines de diffusion, et un réseau de conduits qui captent et concentrent les poussières et vapeurs jusqu'aux filtres et aux épurateurs qui permettent de nettoyer l'air, puis de l’évacuer à l'extérieur. Les composants aérauliques comme les ventilateurs, les conduits entre autres doivent être accessibles et faciles d’entretien et de nettoyage. En particulier, les réseaux s’encrassent rapidement avec de filtres hors d’usage, une évacuation des condensats obstruée… L'entretien régulier du système de ventilation (nettoyage des conduits d'extraction, changement des filtres) est une condition indispensable de bon fonctionnement.
  • La ventilation locale repose sur des systèmes de captage des gaz et poussières au plus près de leur point d’émission, avant leur dispersion dans le local : hottes ou buses d’aspiration ou tables aspirantes.
    La ventilation générale des ateliers doit être déterminée en fonction des aspirations locales pour ne pas perturber l’efficacité des captages à la source.
  • avec surveillance régulière de l'atmosphère, pour vérifier l'efficacité des mesures d'aspiration par dosages atmosphériques. Ces analyses métrologiques sont confiées à des spécialistes de la sécurité au travail. Les rapports d’analyses, d’intervention et de maintenance sont intégrés à la documentation de sécurité au travail de l’entreprise (Document Unique de Sécurité). Il convient de contrôler que l’exposition des travailleurs n’atteigne pas une concentration supérieure à celle des limites de sécurité (valeurs limites et moyennes d’exposition VLE et VME) déterminées selon les produits.

Les mesures préventives concernant les rayons laser utilisés à l’extérieur
Il convient de définir, baliser et signaler une zone d’exclusion, espace ou direction interdite à toute personne. Des avertissements lumineux et/ou sonores doivent être émis avant et pendant l’émission laser.

Les mesures préventives de protection individuelle

- La protection individuelle de l’œil
L'emploi de lunettes de protection est indispensable pour des postes de travail où il existe un risque d’atteinte oculaire en direct ou en réfléchi : impossibilité de canaliser le faisceau laser et ses éventuelles réflexions spéculaires lors de pivotements ou de dérèglement accidentels, opérations d’entretien, expériences de laboratoire…
Plusieurs formes de lunettes laser existent : lunette-masque à écran plat couvrant les deux yeux, lunettes à branches enveloppantes portables par dessus des lunettes correctrices, lunettes classiques … : elles doivent répondre aux normes NF EN 207 pour les lunettes de protection et NF EN 208 pour les lunettes de réglage laser.
Les lunettes laser sont conçues pour une longueur d'onde et une densité d'énergie maximale bien déterminées, à respecter rigoureusement.

- La protection individuelle des mains
Pour protéger les mains d’une éventualité de se trouver sur le parcours d'un faisceau laser puissant, il est nécessaire de porter des gants de protection ininflammables, mais dont la protection est limitée selon la puissance et la durée d’exposition.

- La formation à la sécurité laser
De nouvelles obligations pour les employeurs (décret n° 2010-750 de juillet 2010) entrainent la nécessité d’assurer la maitrise de la sécurité des installations laser.
Pour l’utilisation des appareils laser de classe supérieure à la classe 1, une formation à la sécurité laser est nécessaire. Un niveau de formation complémentaire est nécessaire pour une personne compétente en sécurité laser qui intervient sur des appareils à laser pour la maintenance et /ou qui manipule le faisceau.


Avril 2013